Дроны и другие беспилотные технологии могут экономически эффективно собирать данные о погоде в суровых или удаленных условиях и способствовать улучшению моделей погоды и климата, согласно новому исследованию, проведенному исследователями CIRES и NOAA. Беспилотные летательные аппараты и привязные аэростаты с приборами помогают заполнить критические пробелы в данных о труднодоступных для взятия образцов поверхностях в Арктике, включая недавно образовавшийся морской лед и частично замерзшую тундру..
Мы показываем, что у нас есть возможность регулярно развертывать беспилотные летательные аппараты и системы привязных аэростатов в очень суровых условиях для целевых полевых кампаний. Мы также поддерживаем усилия по разработке, чтобы сделать эти технологии доступными для более широкого научного сообщества», - сказал Гийс де Бур, исследователь CIRES, работающий в Лаборатории исследования системы Земли NOAA, и ведущий автор статьи, опубликованной 29 июня в Бюллетене Американское метеорологическое общество.
Общества, предприятия и правительства во всем мире нуждаются в точных и своевременных прогнозах погоды и климата для планирования и обеспечения безопасности. Одним из ключей к совершенствованию моделей прогнозирования является получение дополнительных данных, которых особенно не хватает в удаленных районах, таких как Арктика. Это исследование, результат сотрудничества между учеными CIRES и NOAA, а также Министерством энергетики США (DOE) и университетскими партнерами, было разработано для изучения того, могут ли дроны и другие беспилотные технологии дополнять и улучшать более традиционные способы сбора атмосферных данных.
В новом исследовании ученые обнаружили, что беспилотные летательные аппараты и системы привязных аэростатов, известные под общим названием беспилотные авиационные системы или БАС, могут помочь заполнить пробелы в данных и хорошо подходят для обычных полетов в Арктике. И благодаря работе, проделанной пользовательским центром по измерению атмосферной радиации (ARM) Министерства энергетики в партнерстве с де Буром и его коллегами по разработке этих современных беспилотных технологий, ARM теперь принимает предложения от ученых-атмосферников по развертыванию БАС в их исследовательские сайты.
С 1997 года пользовательский объект ARM собирал измерения облаков, аэрозолей, состояния атмосферы и радиации в своей обсерватории на Северном склоне Аляски недалеко от Уткиавика (ранее Барроу). Дополнительные измерения были проведены в Атказуке (примерно в 60 милях вглубь суши от Уткиавика) и на мысе Оликток (еще один прибрежный участок, в 165 милях к юго-западу от Уткиавика). Эти измерения, проведенные обсерваториями, помогли ученым лучше понять природную систему Арктики.
Когда измерения проводятся стационарными наземными приборами, эти наблюдения ограничиваются этим местом или полем зрения сканирующего прибора. Беспилотные летательные аппараты или привязные воздушные шары могут проводить измерения на гораздо больших площадях. Признавая потенциал наблюдений с БПЛА, Министерство энергетики способствовало ускорению научного полевого развертывания БПЛА в Арктике, начиная с 2015 года.
«Поверхность вокруг объектов ARM North Slope очень неоднородна, поэтому информация, которую могут предоставить эти технологии, чрезвычайно ценна для понимания того, какое влияние разнообразная поверхность оказывает на свойства атмосферы», - сказал Джеймс Мазер, технический директор ARM.
В ходе ряда кампаний де Бур и его коллеги вместе с сотрудниками ARM летали на различных беспилотных летательных аппаратах, а сотрудники ARM из Национальной лаборатории Сандия запускали привязные аэростаты, демонстрируя все более совершенные и миниатюрные измерительные возможности, включая печатную оптическую систему NOAA. Спектрометр частиц, или POPS, при расширении операций до более суровых арктических условий. Вместе эти БАС обеспечивают подробные профили атмосферных свойств, включая термодинамику, ветры, радиацию, аэрозоли, микрофизику облаков, которые обеспечивают более полное понимание нижних слоев атмосферы Арктики.
Поскольку измерения атмосферы, проводимые с помощью беспилотных летательных аппаратов, проводятся на месте или в интересующем месте, они могут лучше отражать местные условия, а использование этих наблюдений в моделях погоды или климата делает модели более точными. «С воздушными шарами и беспилотными летательными аппаратами мы получаем другую перспективу», - сказал де Бур. «Мы можем охватить большие площади и получить распределение, например, изменчивости температуры вокруг участка. С помощью БПЛА мы можем брать пробы по сетке модели, а не в одной точке, и это важно для разработки модели».
В дополнение к своим арктическим исследованиям де Бур является организатором ежегодного собрания международного сообщества, использующего БАС для исследования атмосферы, в этом году, известного как ISARRA, сокращение от Международного общества атмосферных исследований с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов. После недельной конференции в Университете Колорадо в Боулдере более ста ученых, инженеров и пилотов перегруппируются для недельных научных полетов в долине Сан-Луис на юге Колорадо.
Де Бур вместе с коллегами из CIRES, NOAA и ARM вернется на Аляску на Северный склон позже этим летом для еще одной полевой кампании. В рамках Года полярных прогнозов Всемирной метеорологической организации и Всемирной программы исследований климата исследователи будут использовать беспилотные летательные аппараты и привязные воздушные шары для наблюдения и моделирования нижних слоев арктической атмосферы на объекте Министерства энергетики Оликток. Они также объединяются с Университетом Аляски в Фэрбенксе и партнерами, чтобы провести измерения с помощью БПЛА над Северным Ледовитым океаном, чтобы лучше понять, как ветер влияет на перемешивание океана..